Gâche ESD sur la broche de mise à la terre du circuit exposé

J'ai conçu un circuit pour un appareil fonctionnant sur batterie qui a un connecteur USB exposé à l'extérieur pour le chargement et le transfert de données. Il s'agit d'un connecteur USB dockable non standard sans connexion de blindage disponible et l'ensemble du circuit est logé dans un boîtier en plastique sans possibilité de châssis / terre de protection, quelque chose comme l'image ci-dessous:

Pour la protection ESD, j'ai suivi presque la recommandation de conception exacte fournie ici: http://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

Je peux visualiser le chemin actuel lorsque Vbus, D + ou D- est frappé par une impulsion ESD positive ou négative, c'est-à-dire que les diodes de direction conduisent vers l'avant pour une impulsion négative ou se détournent vers le TVS central pour une impulsion positive, veuillez corriger si ma compréhension est désactivée.

Cependant, je ne sais pas ce qui se passerait si la broche GND exposée elle-même recevait le zap.

Des questions:

1. Une frappe ESD négative sur la broche GND aura-t-elle le même effet qu'une impulsion positive sur Vbus, c'est-à-dire une panne de l'avalanche centrale TVS conduisant au serrage?

2. En cas de choc ESD positif sur GND, les diodes de direction et / ou le TVS central conduisent-ils et transmettent-ils toute l'énergie (moins 1 diode Vf drop, si cela importe) au reste du circuit, faisant ainsi des ravages !? J'ai essayé de décrire la situation ci-dessous:

(Image modifiée à partir du lien cité ci-dessus)

Solutions que j'envisage:

1. Déconnectez Vbus du TVS central et introduisez un TVS bidirectionnel autonome entre Vbus et GND avec une protection de tension inverse ultérieure pour le reste du circuit (pour tolérer -Vclamp du TVS bi-dir). Cela n'empêche pas toujours les diodes de direction de conduire, et il y a d'autres diodes TVS unidirectionnelles shuntant à GND sur d'autres broches IO exposées, qui peuvent également transmettre.

2. Introduisez une perle de ferrite entre le GND USB exposé et le circuit GND pour quelle que soit la faible impédance qu'il puisse fournir!

Toutes suggestions / idées sont les bienvenues, merci!

PS:

• Étant donné que le circuit peut tirer de l'énergie de Vbus, les résistances série ne peuvent pas être ajoutées dans la boucle Vbus-GND

• Test prévu selon CEI 61000-4-2 , niveau 4 (contact 8 / 15kV / décharge d'air). L'appareil fonctionnera sur batterie pendant les tests sans aucun câble USB connecté, donc toutes les broches seraient facilement accessibles pour les impacts ESD.

La première chose qui me vient à l'esprit est que les tests ESD doivent être effectués sur des points qui sont normalement accessibles pendant le fonctionnement normal. Puisque vous n'avez pas décrit ce que vous construisez, dans votre question, cela compense une sorte de réponse vague. Le test n'est pas non plus décrit dans votre question, et la chose la plus importante est à quels points le pistolet ESD est connecté. Le modèle du corps humain concerne le sol terrestre.

Quand vous dites grève positive, voulez-vous dire positive par rapport à la terre? Positif par rapport à quoi? Le courant va reprendre le chemin d'impédance le plus bas jusqu'à la source. Vous devez connecter le côté négatif ou au sol du pistolet ESD à quelque chose. Il est normalement connecté à la terre ou à la masse du châssis. Le courant doit remonter à la source, donc si vous frappez la carte avec le pistolet ESD connecté à la terre, il a plusieurs chemins `` potentiels '' qu'il pourrait reprendre. Il y a le blindage USB, la masse USB, les fils D + et D-, Vbus et l'air. L'Air est comme une résistance de 10 ^ 6 à 10 ^ 9 avec quelques pF de capacité. Les fils D + et D- ont au moins la résistance de Rt plus tout ce qui se trouve à l'extrémité d'entraînement du câble. Vbus aurait probablement un régulateur de tension dessus, il serait donc inférieur à celui de Rt.

Donc, la réponse est, cela va ramener la terre à la source (si vous avez le canon esd connecté à la terre, et que tous les chemins le verront dans une certaine mesure, la terre prendra la majeure partie du courant)

Retour à la conception: La raison principale d'avoir un blindage autour de l'USB est de shunter le bruit et les décharges électrostatiques loin du fil de mise à la terre qui se trouve à côté des câbles V + et V-. En raison du couplage inductif mutuel, vous pourriez obtenir des transitoires qui traversent les lignes de données et au minimum créer un bruit qui assomme le paquet qui a été envoyé.

La meilleure chose serait d'utiliser le bouclier pour éloigner le bruit et les décharges électrostatiques des lignes de données et de la masse USB. La prochaine meilleure chose (et non recommandée) serait de shunter l'ESD dans le fil de terre du câble USB.

Si le circuit imprimé est manipulé par des humains, essayez de concevoir le circuit imprimé de sorte que la masse soit la première chose vue par un événement ESD. La situation idéale serait d'avoir un boîtier métallique qui renferme votre appareil lié au bouclier USB. Si vous ne pouvez pas attacher le boîtier au blindage (non recommandé), attachez-le à la terre. Si vous ne pouvez pas avoir d'enceinte, essayez d'utiliser des anneaux de garde et un bel avion au sol sain.

Pour les appareils fonctionnant sur batterie, vous finirez par le trouver à ne pas décharger car il n'est pas mis à la terre. Ce qui est d'envisager un scénario de passage pour l'ESD. À moins que le technicien ne vous aide à décharger le sol après chaque zap.

Pour permettre à l'ESD de se neutraliser plus rapidement, ajoutez un plafond de 10 uF entre Vbus et Gnd. Le plus proche du connecteur USB. Lorsque zap + 8kV à Gnd, le capuchon se déchargera un peu pour absorber de l'énergie ESD. Ce que je ne voudrais pas, c'est trouver le trajet de décharge de mon sol, aller à une broche de mise à la terre dans un composant, puis quitter la broche d'alimentation du composant.

Les téléviseurs à base de céramique arrivent et leur temps de réaction est beaucoup plus rapide que les téléviseurs à base de diodes conventionnels.